【直播】【Science AAAS】体结构演化和相变的原子级成像

活动名称：

体结构演化和相变的原子级成像

活动时间：

2022年9月23日  14:00-15:30

报告嘉宾：

魏飞（清华大学）

王立华（北京工业大学）

主持嘉宾：

樊巍（Science/AAAS 亚洲区外联与战略伙伴发展副总监）

主办单位：

Science/AAAS

《科学》咖啡沙龙·中国系列是由Science/AAAS主办的公益科学交流会。每一期选定一个主题，由近期在Science系列杂志上发文的作者以线上报告的形式分享介绍研究工作，以期待与同行的学术交流，思想碰撞，同时帮助更多其他领域研究者甚至产业界相关工程技术人员了解前沿进展，探讨学术与产业融合的机会。
本期沙龙报告的主题为：体结构演化和相变的原子级成像原子、分子是组成物质的基本单元。正常情况下，原子或小分子的半径在0.1~10纳米尺度范围，是人眼观察不到的微观世界。近年来，随着先进电子显微技术的发展，科研人员实现了材料表面，材料体内的原子尺度成像，大力推动了人们对微观世界的认识。继上期科学咖啡沙龙讨论了扫描探针显微镜后，我们将在本期（9月23日）中介绍原位透射电子显微镜。两位科学家将分享报告他们最近在《科学》杂志上发表的结果，通过原位透射电子显微技术的应用，材料体内微观结构的解析甚至相变追踪被呈现在人们的视觉中。

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报告人介绍

魏飞  教授

清华大学

魏飞，清华大学化学工程系教授，系学术委员会主任，绿色反应工程与工艺北京市重点实验室主任。中国颗粒学会常务理事，能源颗粒专业委员会主任。1984毕业于石油大学炼制系有机化工专业，1990年获石油大学有机化工博士学位。在Science、Nature等杂志发表论文600余篇，SCI他引5万余次，是克莱恩近七年材料领域高被引科学家之一。获教育部“长江学者”特聘教授、国家杰出青年基金等。成功实现了千吨级碳纳米管在锂离子电池中的规模应用，实现了气固下行床催化裂化、高速湍动床甲醇制丙烯、芳烃、苯胺、氯乙烯、丙烯腈、间苯二腈等30台新概念反应器产业化，研究成果获国家科技进步二等奖、教育部自然科学、技术发明一等奖。

报告简介

报告题目：iDPC球差技术对分子筛上小分子的原子级成像分析

小分子在反应环境下的原子级实空间成像一直是认识物质世界的核心问题。以往的电镜成像对于有机分子采用冷冻电镜技术并结合计算分析，可实现2-3埃左右的空间分辩率成像。利用分子筛的主客体纳米限域方法，可将小的有机分子通过氢键力及范德华力限域在分子筛孔道中，实现不用降温的单分子冷冻功能，结合最新发展的积分差分相位衬度扫描透射电子显微技术（iDPC-STEM）可以实现超低电子剂量下有机小分子的皮米级高分辨成像。我们利用化学刻蚀的ZSM-5纳米级薄片，对芳烃分子进行原位分析，不仅可以看到对二甲苯单分子在分子筛孔道内的状态，发现在室温下分子筛孔道内的分子是准体液晶态存在于孔道中，同时也发现分子筛在单晶胞尺度上小分子的进出不影响其晶胞尺寸，而在亚纳米孔道尺度上，则会引起15%以上的形变，这种形变并不能被宏观平均的XRD等工具探测到，是由于构成分子筛的硅氧四面体顶点形变引起的柔性形变。利用分子筛上的酸性位增强孔内对极性小分子的相互作用，可以在高温下冻结小的有机分子，如吡啶、噻吩等，并使其在分子筛孔口上稳定地平躺，从而使得电镜可以在反应条件下原位看见单个小分子并可以区分小分子上每一个元素，同时也可以区分分子筛上的酸性位及强度。这一技术为未来实时研究单原子及小分子的反应、吸附、脱附等过程提供了原子级分辨率手段。

报告人介绍

王立华  教授

北京工业大学

王立华，研究员，博士生导师，国家优秀青年科学基金获得者。2012年获得北京工业大学博士学位。2015−2017年，获得澳大利亚政府资助（Discovery Early Career Researcher Award），在昆士兰大学（全球排名前50）从事博士后研究工作。入选北京市卓越青年科学家计划、北京市科技新星、霍英东青年教师基金等人才计划。长期从事“原子尺度下材料力学行为的原位实验研究”，在该领域突破多项实验瓶颈，形成特色。发表论文70余篇，包括Science 1篇，Nat.Commun. 5篇，Phys. Rev. Lett. 2篇，Nano Lett. 4篇，Acta Mater. 4篇，ACS Nano 4篇，Scripta Mater. 6篇等，被国际同行引用4000余次，获批专利4项。获2020年度国家自然科学二等奖（排名第三），2016年北京市科学技术奖一等奖（排名第五），北京市卓越青年科学家计划，郭可信优秀青年学子奖等。承担国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金优秀青年基金、国家自然科学基金面上等10多项国家及省部级项目。

报告简介

报告题目：晶界塑性变形原子机制的原位研究

晶界是多晶材料的基本结构单元，其塑性行为直接影响多晶材料的强度、韧性等关键力学性能。晶界塑性是多晶材料中重要的变形机制，几十年来，尽管研究者使用各种方法研究晶界的塑性变形机制，但晶界滑移的原子机制仍不清楚，主要是因为缺乏有效的实验方法和科学仪器，使得跟踪变形过程中晶界处的原子运动极其困难。理论模型和模拟针对一些特殊的重合位置点阵晶界（高对称晶界）进行研究，为理解晶界塑性变形的原子机制提供了重要参考。但由于缺乏直接的实验方法和实验证据，晶界滑动塑性的原子机制存在很多不确定性。团队利用北京工业大学固体所原创的原子分辨原位力学实验研究装置（目前已成功实现专利转化Bestron INSTEM），首次实现了多晶中普通晶界滑移，转动过程的直接的原子尺度动态研究。发现晶界滑移，转动过程中，晶界原子阵列合并消失、分裂出新原子阵列、原子迁移等多种新型的扩散机制，这些机制在之前的理论中尚未被预测，更新了人们对晶界滑移原子机制的认知，解决了长期困扰该领域的科学难题。该发现展示了原子分辨的原位力学实验技术研究晶界变形机制的巨大潜力，并为原子分辨的实验和理论模型之间的信息互补提供了新的机遇。

主持人：樊巍博士现任Science/AAAS外联与战略伙伴发展副总监，负责Science系列期刊内容的宣传推介，高影响力论文的写作宣讲，Science Café系列报告会的策划合作以及Science商务活动介绍。在加入Science/AAAS之前，他在Nature系列期刊的Nature Communications期刊担任高级编辑，负责凝聚态物理领域的稿件审理，开展高影响力论文的写作宣讲，自然会议组织以及自然大师讲堂课程讲座等活动。在从事编辑工作之前，他在中国科学院获得凝聚态物理学博士学位，并在日本国立理化学研究所（RIKEN）从事科学研究。

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编辑：黄琦

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